VGA显示器驱动设计与验证

1.原理

场同步信号的单位是像素点

场同步信号的单位是一行

@60的含义是每秒钟刷新60帧图像

全0表示黑色

2.1 CLK_gen.v

module CLK_gen(input wire 		sys_clk		,input wire 		sys_rst_n	,output wire 	CLK_out		,output wire 	locked		
);parameter STATE=1'b0;
reg [1:0] cnt;
reg       flag_clk;assign locked=STATE;
assign CLK_out=flag_clk;always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)if(sys_rst_n==1'b0)cnt<=2'b0;else if(cnt==2'd1)cnt<=2'b0;else cnt<=cnt+1'b1;always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)if(sys_rst_n==1'b0)flag_clk<=1'b0;else if(cnt==2'd1)flag_clk<=1'b1;elseflag_clk<=1'b0;endmodule

2.2 Vga_ctrl.v

module Vga_ctrl(input wire 			Vga_clk		,input wire 			sys_rst_n	,input wire [15:0]	Pix_data	,output wire [9:0]    Pix_x		,output wire [9:0]    Pix_y		,	output wire [15:0]	rgb			,output wire 		    hsync		,output wire		    vsync
);parameter 	H_SYNC=10'd96   , H_BACK=10'd40   ,H_LEFT=10'd8    ,H_VALID=10'd640 ,H_RIGHT=10'd8   ,H_FRONT=10'd8   ,H_TOTAL=10'd800 ;parameter	V_SYNC=10'd2	,V_BACK=10'd25   ,V_TOP=10'd8     ,V_VALID=10'd480 ,V_BOTTOM=10'd8  ,V_FRONT=10'd2   ,V_TOTAL=10'd525;reg [9:0] Cnt_h;
reg [9:0] Cnt_v;
wire Rgb_valid;
wire pix_data_req;assign Rgb_valid=(Cnt_h>=H_SYNC+H_BACK+H_LEFT&&Cnt_h<H_SYNC+H_BACK+H_LEFT+H_VALID&&Cnt_v>=V_SYNC+V_BACK+V_TOP&&Cnt_v<V_SYNC+V_BACK+V_TOP+V_VALID)?1'b1:1'b0;//这里为什么不减1呢,画个简单的图就知道了//因为前面的时间要满足H_SYNC+H_BACK+H_LEFT，//有效信号是从他们之和加1开始计数的//比如Cnt_h=10，就是计数了11个，//而H_SYNC+H_BACK+H_LEFT=1+2+3=5//所以前面要计满5个，也就是计数到4，10-5=5刚好是大于等于5开始信号有效assign pix_data_req=(Cnt_h>=H_SYNC+H_BACK+H_LEFT-1'b1&&Cnt_h<H_SYNC+H_BACK+H_LEFT+H_VALID-1'b1&&Cnt_v>=V_SYNC+V_BACK+V_TOP&&Cnt_v<V_SYNC+V_BACK+V_TOP+V_VALID)?1'b1:1'b0;assign Pix_x=pix_data_req?Cnt_h-(H_SYNC+H_BACK+H_LEFT-1'b1):10'h3ff;
assign Pix_y=pix_data_req?Cnt_v-(V_SYNC+V_BACK+V_TOP):10'h3ff;	  
//assign Pix_x=Rgb_valid?Cnt_h-(H_SYNC+H_BACK+H_LEFT):10'd0;
//assign Pix_y=Rgb_valid?Cnt_v-(V_SYNC+V_BACK+V_TOP):10'd0;
//这里也没有减1为什么呢
//同理Cnt_h是从0开始计数的，假如Cnt_h=10
//H_SYNC+H_BACK+H_LEFT=1+2+3=5
//那么此时的行坐标就等于10-5=5，因为前面的0-4是5个周期
//如果此时在H_SYNC+H_BACK+H_LEFT的基础上减1的话
//那么10-4=6，前面就是0-5等于6个时钟周期了，时序不符合assign hsync=(Cnt_h<=H_SYNC-1'b1)?1'b1:1'b0;
assign vsync=(Cnt_v<=V_SYNC-1'b1)?1'b1:1'b0;
//为什么这里要减呢，因为Cnt_h是从0开始计数的，假如说计数到了10，就是0-11
//假如行同步信号是2个时钟周期，那么有效的就是第3个时钟周期，也就是计数到1.
//举个例子就能看出是不是需要减了assign rgb=(Rgb_valid==1'b1)?Pix_data:16'd0;always@(posedge Vga_clk or negedge sys_rst_n )if(sys_rst_n==1'b0)Cnt_h<=10'd0;else if(Cnt_h==H_TOTAL-1'b1)Cnt_h<=10'd0;elseCnt_h<=Cnt_h+1'b1;always@(posedge Vga_clk or negedge sys_rst_n )if(sys_rst_n==1'b0)Cnt_v<=10'd0;else if((Cnt_v==V_TOTAL-1'b1)&&(Cnt_h==H_TOTAL-1'b1))Cnt_v<=10'd0;else if(Cnt_h==H_TOTAL-1'b1)Cnt_v<=Cnt_v+1'b1;elseCnt_v<=Cnt_v;endmodule

2.3 tb_Vga_ctrl.v

module tb_Vga_ctrl();reg sys_clk;
reg sys_rst_n	;
reg[15:0] Pix_data	;wire [9:0] Pix_x	  ;
wire [9:0] Pix_y    ;
wire [15:0]rgb	  ;
wire hsync    ;
wire vsync    ;
wire CLK_out	;	  
wire locked	   ;
wire rst_n;initial beginsys_clk=1'b1;sys_rst_n<=1'b0;#20sys_rst_n=1'b1;end	assign rst_n=(sys_rst_n&&locked);always#10 sys_clk=~sys_clk;always@(posedge CLK_out or negedge rst_n)if(rst_n==1'b0)Pix_data<=16'h0000;else if (Pix_x>=10'd0&&Pix_x<=10'd639&&Pix_y>=10'd0&&Pix_y<=10'd479)Pix_data<=16'hffff;elsePix_data<=16'h0000;defparam CLK_gen_inst.STATE=1'b1;	Vga_ctrl Vga_ctrl_inst(.Vga_clk	(CLK_out)	,.sys_rst_n	(rst_n),.Pix_data	(Pix_data),.Pix_x		(Pix_x		),.Pix_y		(Pix_y		),	.rgb		(rgb		)	,.hsync		(hsync		),.vsync      (vsync    )
);CLK_gen CLK_gen_inst(.sys_clk	(sys_clk	)	,.sys_rst_n	(sys_rst_n	),.CLK_out	(CLK_out	)	,.locked		(locked		)
);endmodule

要显示1帧图像，1s是60帧，1帧就是0.0167s，所以等于16.7ms